Сцинтилляционный материал Gd3Al2Ga3O12:Се3+

В настоящее время сцинтилляторы на основе бинарных смешанных кристаллов зарекомендовали себя как многообещающие материалы для различных сфер применения, за счет высокого световыхода порядка 30000–60000 фотонов/МэВ. В частности, монокристаллы Gd3Al2Ga3O12:Се3+ кубической сингонии (Ia3d) перспективны для использования в позитронно-эмиссионной томографии (PET), рентгеновской компьютерной томографии и в других визуализационных методах диагностики, а также для изучения процесса двойного безнейтринного β-распада 160Gd . Эти монокристаллы получили широкое распространение благодаря сочетанию таких свойств как: относительно высокая плотность (6,63 г/см3) [1], отсутствие гигроскопичности [1], а также высокий световыход (46÷57 000 фотонов/МэВ) [2-5].

В работе проводится анализ литературных данных [1-6] по исследованию монокристаллов Gd3Al2Ga3O12:Се3+. Было установлено, что в зависимости от технологии выращивания монокристаллов [3], легирующей примеси [6] и соотношения элементов Al и Ga [4] изменяются свойства Gd3Al2Ga3O12:Се3+, в том числе, и сцинтилляционные. Данное обстоятельство позволяет управлять качеством материала для получения оптимальных параметров. Кроме того, было проведено сравнение свойств монокристаллов Gd3Al2Ga3O12:Се3+ со свойствами других сцинтилляционных кристаллов [1, 3].

Представлена кристаллическая структура Gd3Al2Ga3O12 (рисунок 1), которая описывается как Gd3Al2Ga3O12, где катионы A, В и С находятся в трех позициях. В позиции А находятся катионы Gd3+ с ионным радиусом 0,111 нм и занимают додекаэдрическое положение. В то время как Ga3+ (0,062 нм) и Al3+ (0,057нм) могут занимать как октаэдрические (В), так и тетраэдрические позиции (С). Важно отметить, что легирующие ионы Се3+ (0,118 нм) обычно заменяют Gd3+ в позиции А [2,7].

В настоящее время монокристаллы Gd3Al2Ga3O12:Се3+ выращиваются в компании «ОАО Фомос-Материалс» методом Чохральского, где, помимо этого, проводят работу по оптимизации технологии получения монокристаллов Gd3Al2Ga3O12:Се3+ с требуемыми свойствами.

Экспериментальные исследования будут проводиться на кристаллах, выращенных в «ОАО Фомос-Материалс».

Рисунок 1 – Кристаллическая структура Gd3Al2Ga3O12

Список литературы

1. Kobayashi M. et al. Significantly different pulse shapes for γ-and α-rays in Gd3Al2Ga3O12:Се3+ scintillating crystals // Nuclear Instruments and Methods in Physics Research Section A: Accelerators, Spectrometers, Detectors and Associated Equipment. – 2012. – Т. 694. – С. 91–94.

2. Tyagi M. et al. Effect of codoping on scintillation and optical properties of a Ce-doped Gd3Al2Ga3O12 scintillator // Journal of Physics D: Applied Physics. – 2013. – Т. 46. – №. 47. – С. 475302.

3. Sakthong O. et al. Scintillation properties of Gd3Al2Ga3O12:Се3+ single crystal scintillators // Nuclear Instruments and Methods in Physics Research Section A: Accelerators, Spectrometers, Detectors and Associated Equipment. – 2014. – Т. 751. – С. 1-5.

4. Sibczynski P. et al. Characterization of new GAGG: Ce scintillators with different Al-to-Ga ratio //Nuclear Science Symposium and Medical Imaging Conference (NSS/MIC), 2013 IEEE. – IEEE, 2013. – С. 1-4.

5. Kamada K. et al. 2inch diameter single crystal growth and scintillation properties of Ce: Gd3Al2Ga3O12 //Journal of Crystal Growth. – 2012. – Т. 352. – №. 1. – С. 88-90.

6. Suzuki A. et al. Crystal Growth and Luminescence Properties of Yb-doped Gd3Al2Ga3O12 Infra-red Scintillator //Optical Materials. – 2014. – Т. 36. – №. 9. – С. 1484–1487.

7. Шубников А.В. и др. Основы кристаллографии / Шубников А. В., Флинт Е. Е., Бокий Г. Б.; М.: Изд-во АН СССР, 1958. – 211 с.